DE2555296A1 - INK FOR THE INKJET PRINTING PROCESS - Google Patents
INK FOR THE INKJET PRINTING PROCESSInfo
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Description
Böblingeri/ den 4. Dezember 1975 kd/bsBöblingeri / December 4, 1975 kd / bs
Änraelderin: International Business MachinesIsraeli: International Business Machines
Corporation, Armonk, w.Y. 10504Corporation, Armonk, W.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung 2555296 Aktenzeichen der Änmelderin: SA 974 008Official file number: New registration 2555296 The applicant's file number: SA 974 008
Die Erfindung betrifft eine Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren. Im einzelnen betrifft sie eine Tinte mit einer neuen Zusammensetzung und dem unerwarteten Vorteil, daß sie in einer sehr kurzen Zeit trocknet und gegen Naßabrieb beständig ist. Außerdem verkrustet sie nicht an der Düse des Druckwerks.The invention relates to an ink for the ink jet printing process. More particularly, it relates to an ink having a novel composition and the unexpected advantage of being dries in a very short time and is resistant to wet abrasion. In addition, it does not encrust on the nozzle of the Printing unit.
In dkm Technical Report Nr. 1722-1 des Stanford University Electronics Research Laboratory vom März 1964, 'High Frequency Oscillography with Electrostatically Deflected Ink Jets" findet sich eine Beschreibung der anfänglichen Arbeiten zu dem Strahldrucken. Eine Diskussion dieser Arbeit und auch des Standes der Technik im Hinblick auf Tinten, welche für das Tintenstrahldrucken geeignet sind, ist in US-Patent 3 705 043 gegeben, Die Tintenzusammensetzungen gemäß der Erfindung unterscheiden sich von den bisher bekannten dadurch, daß sie verschiedener chemischer Natur sind. Wie nachfolgend angegeben wird, besitzen sie auch unerwartete Vorteile im Vergleich mit bisher bekannten Tinten.In dkm Technical Report No. 1722-1 from Stanford University Electronics Research Laboratory, March 1964, 'High Frequency Oscillography with Electrostatically Deflected Ink Jets "is a description of the initial work on the Jet printing. A discussion of this work and also of the prior art with regard to inks suitable for inkjet printing is given in U.S. Patent 3,705,043, which distinguish ink compositions according to the invention differ from the previously known in that they are of different chemical nature. As indicated below, possess they also have unexpected advantages compared to previously known inks.
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Aufgabe der Erfindung ist,- eine Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren anzugeben, die nach dem Auftrag schnell trocknet, gegen Naßabrieb beständig ist und ein Verstopfen der Düsen des Druck- !werks verhindert.The object of the invention is to provide an ink for the ink jet printing process indicate that it dries quickly after the application, is resistant to wet abrasion and clogs the nozzles of the printing ! works prevented.
!Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Tinte, die ga-! The object of the invention is achieved by an ink that
!kennzeichnet ist durch einen Gehalt an a) Wasser, b) einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, c) einem Komplexbildner, bestehend aus einem Diäthanoi- oder Triäthanolaminsalz einer langkettigen Fettsäure und einem aromatischen anionaktiven Benetzungsmittel und d) einem in Wasser unlöslichen aber in einem Gemisch der Bestandteile a bis c löslichen Farbstoff.! is characterized by a content of a) water, b) a water-immiscible solvent, c) a complexing agent, consisting of a diethanolamine or triethanolamine salt of a long-chain fatty acid and an aromatic anionic wetting agent and d) a dye which is insoluble in water but soluble in a mixture of components a to c.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unter- ;ansprüchen niedergelegt.Advantageous embodiments of the invention are in the sub- ; claims laid down.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren bereitgestellt. Die Tinte ist im wesentlichen eine Tinte auf wässriger Basis 3 aber der darin verwendete färbende Bestandteil ist ein wasserunlöslicher Farbstoff. Der Farbstoff wird in einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel gelöst, und ein Komplexbildner wird angewendet, damit das mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel und das Wasser eine einzige Phase bilden. Der Komplexbildner umfaßt das Diäthanoi- oder Triäthanolaminsalz einer langkettigen Fettsäure und ein aromatisches anionaktives Benetzungsmittel. Die Anwendung des Komplexbildners !resultiert in Lösungen von oder in Wasser, welche wasserklar und !nicht milchig wie Emulsionen sind. Der exakte Mechanismus der ■Wassersolubilisierung von normalerweise mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln ist nicht bekannt.According to the present invention there is provided an ink for the ink jet printing process. The ink is essentially a water-based ink 3 but the coloring ingredient used therein is a water-insoluble dye. The dye is dissolved in a water immiscible solvent and a complexing agent is applied so that the water immiscible solvent and the water form a single phase. The complexing agent comprises the diethanolamine or triethanolamine salt of a long chain fatty acid and an aromatic anionic wetting agent. The use of the complexing agent results in solutions of or in water which are as clear as water and not milky like emulsions. The exact mechanism of the ■ water solubilization of solvents which are normally immiscible with water is not known.
I Um bei der tatsächlichen Anwendung zufriedenstellende Ergebnisse , zu erzielen, müssen die Tinten für Druckwerke gleichzeitig viele (Eigenschaften besitzen. Sie müssen einen niedrigen Widerstand : haben. Dieser Widerstand ist erforderlich für die exakte AufladungI In order to achieve satisfactory results in actual use, the inks for printing units must simultaneously have many (properties. They must have a low resistance :. This resistance is necessary for exact charging
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der Tropfen bei dem Auflösen des Strahls in einzelne Tropfen. Um unerwünschte Druckverluste in der Düse zu vermeiden!· muß die Tinte eine niedrige Viskosität (etwa 2 cSt bei 10 0C) besitzen. Es ist wesentlich r daß die Tinte nicht giftig und nicht entflammbar ist. Sie muß auch mit zahlreichen Teilen aus Kunststoff in dem Tintenzuführsystem verträglich sein. Schließlich müssen die Kosten ihrer Herstellung wirtschaftlich vertretbar sein. Die zuvor angeführten Anforderungen führen zwangsläufig zu einer !Tinte auf wässriger Basis. Diese Tinte auf wässriger Basis muß jedoch die zusätzlichen Fähigkeiten besitzen, die Farbe auf das Papier übertragen zu können, relativ schnell zu trocknen und ein Bild zu bilden, welches wasserunempfindlich ist. Außerdem muß die Tinte als Träger für verschiedene Zusätze, wie Farbstoffsolubilisierungsmittel und Bioeide fungieren. Wegen des Charakters des Tintenstrahldruckverfahrens stellen lösliche Farbstoffe das einzige zufriedenstellende Verfahren zur übertragung der Farbe auf Papier und zur Bilderzeugung dar. Wenn ein wasserlöslicher Farbstoff verwendet wird, bewirkt die Verdampfung des Wassers oft eine Verstopfung und eine Verkrustung der Düse an der Düsen-Luft-Grenzfläche.the drop as the jet breaks up into individual drops. In order to avoid undesirable pressure losses in the nozzle! The ink must have a low viscosity (about 2 cSt at 10 ° C.). It is essential r that the ink is non-toxic and non-flammable. It must also be compatible with numerous plastic parts in the ink delivery system. Finally, the cost of their production must be economically justifiable. The requirements listed above inevitably lead to a water-based ink. However, this water-based ink must have the additional capabilities of being able to transfer the ink onto the paper, of drying relatively quickly and of forming an image which is insensitive to water. In addition, the ink must act as a carrier for various additives such as dye solubilizers and bio-oils. Because of the nature of the ink jet printing process, soluble dyes are the only satisfactory method of transferring color to paper and forming images. When a water soluble dye is used, evaporation of the water often causes clogging and encrustation of the nozzle at the nozzle-air interface .
Die zuvor genannten und andere Probleme werden durch die vorliegende Erfindung gelöst, durch welche eine Tinte für das Tintenstrahldruckverfahren auf wässriger Basis bereitgestellt wird, die einen Farbstoff enthält, der per se in Wasser unlöslich ist, jedoch löslich in Wasser in Verbindung mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel für diesen Farbstoff und einem Komplexbildner eines Typs, der nachfolgend beschrieben wird.The aforementioned and other problems are addressed by the present Invention solved, by which an ink for the inkjet printing process is provided on an aqueous basis, which contains a dye which is insoluble in water per se, but not soluble in water in conjunction with one with water miscible solvents for this dye and a complexing agent of the type described below.
Es sind viele wasserunlösliche Farbstoffe bekannt, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Wenn auch für die üblichen Anwendungen schwarze Farbstoffe bevorzugt werden, können auch, wenn es erwünscht ist, andere Farbstoffe verwendet werden. Der Farbstoff sollte vorzugsweise gegen Einwirkung von Licht stabil sein und nicht zur Aggregation neigen. Wenn esMany water-insoluble dyes are known which can be used in the present invention. If also black dyes are preferred for common uses, other dyes can also be used if desired will. The dye should preferably be stable to the action of light and should not tend to aggregate. If it
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erwünscht ist, können im Infrarot oder Ultraviolett absorbierende Farbstoffe verwendet werden. Es ist auch sehr erwünscht, daß der Farbstoff nach dem Trocknen auf dem Papier stabil ist und ins- ; besondere daß der Farbstoff wasserunempfindlich ist. Der Farbstoff, der am meisten bevorzugt wird, ist C.I.Solvent Black 9 ! (CI. 26 150). Andere brauchbare Farbstoffe sind beispielsweise CI. Solvent Black 2 (Monoazofarbstoff) , CI. Solvent Blue 11 (CI. 61 525), CI. Solvent Blue 49 (Aminsalz eines Säurefarbstoffs), CI. Solvent Brown 11 (Azofarbstoff) , CI. Solvent Green 3 (CI. 61 565) und CI. Solvent Red 26 (CI. 26 120).If desired, infrared or ultraviolet absorbing dyes can be used. It is also very desirable that the After drying, the dye is stable on the paper and ins-; especially that the dye is insensitive to water. The dye, the most preferred is C.I. Solvent Black 9 ! (CI. 26 150). Other useful dyes are, for example, CI. Solvent Black 2 (monoazo dye), CI. Solvent Blue 11 (CI. 61 525), CI. Solvent Blue 49 (amine salt of an acid dye), CI. Solvent Brown 11 (azo dye), CI. Solvent Green 3 (CI. 61 565) and CI. Solvent Red 26 (CI. 26 120).
Als besonders geeignete mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel werden Kohlenwasserstoffe genannt. Aus Gründen, die nicht geklärt sind, werden die besten Ergebnisse nicht erhalten, wenn das Kohlenwasserstofflösungmittel vollständig aromatisch ist. Mit anderen Worten, das Kohlenwasserstofflösungsmittel sollte vorzugsweise im wesentlichen aliphatischen Charakter besitzen. Der in der Industrie übliche Standard als Maß für den aromatischen Charkater eines Lösungsmittels ist der Kauri-Butanol-Wert. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, wenn das Lösungsmittel einen Kauri-Butanol-Wert von etwa 22 bis etwa 29 besitzt. Es ist auch vorteilhaft, wenn der Kohlenwasserstoff in einem Bereich zwischen etwa 199 0C (390 0F) bis etwa 254 0C (490 0F) siedet. Andere brauchbare, mit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel umfassen beispielsweise Octylenglykol, Mineralöl, Kienöl und dergleichen.Hydrocarbons are mentioned as particularly suitable water-immiscible solvents. For reasons that are not clear, the best results will not be obtained when the hydrocarbon solvent is completely aromatic. In other words, the hydrocarbon solvent should preferably be substantially aliphatic in character. The standard used in industry as a measure of the aromatic character of a solvent is the kauri-butanol value. For the purposes of the present invention it is preferred if the solvent has a kauri-butanol value of about 22 to about 29. It is also advantageous if the hydrocarbon boils in a range between about 199 ° C. (390 ° F.) to about 254 ° C. (490 ° F.). Other useful water-immiscible solvents include, for example, octylene glycol, mineral oil, pine oil, and the like.
Ein wesentlicher Bestandteil der Tintenzusammensetzungen gemäß der Erfindung ist der Komplexbildner, welcher ermöglicht, daß das Endprodukt nur in einer einzigen Phase vorliegt. Eine bevorzugte Zusammensetzung des Komplexbildners umfaßt zwei wesentliche Bestandteile:An essential component of the ink compositions according to the invention is the complexing agent, which enables that the end product is only present in a single phase. A preferred composition of the complexing agent comprises two essentials Components:
1. Das Diäthanoi- oder Triäthanolaminsalz einer langkettigen Fettsäure (vorzugsweise von etwa C-10 bis etwa C-22) und1. The diethanolamine or triethanolamine salt of a long-chain fatty acid (preferably from about C-10 to about C-22) and
2. ein Natriumarylsulfonat als anionaktiven grenzflächenaktiven Stoff.2. a sodium aryl sulfonate anionic surfactant.
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Aus Gründen, äie nicht bekannt sind, werden brauchbare Ergebnisse bei Anwendung eines Natriumalkylsulfonats nicht erhalten. Das Sulfonat muß entweder ein Natriumalkylarylsulfonat oder ein Natriumdiarylsulfonat sein, ölsäure wird als Fettsäure am meisten bevorzugt.For reasons unknown, useful results are not obtained using a sodium alkyl sulfonate. The sulfonate must be either a sodium alkylarylsulfonate or a sodium diarylsulfonate, oleic acid is the most common fatty acid preferred.
Im allgemeinen soll die Tintenzusammensetzung einen Gehalt an etwa 1 bis 5 Gew.-% Farbstoff, 1 bis 10 Gew.-% mit Wasser nicht mischbarem Lösungsmittel, etwa 1 bis 25 Gew.-% Komplexbildner und Rest Wasser aufweisen. Bei dem Komplexbildner wird ein Verhältnis von Aminsalz zu Benetzungsmittel von etwa 2:1 bis 1:1 bevorzugt. Die optimalen Proportionen der einzelnen Bestandteile sind eine Funktion der im einzelnen verwendeten Materialien.In general, the ink composition should contain about 1 to 5% by weight of dye, 1 to 10% by weight of water-immiscible solvent, about 1 to 25% by weight of complexing agent and the remainder are water. An amine salt to wetting agent ratio of about 2: 1 to 1: 1 is used for the complexing agent preferred. The optimal proportions of the individual components are a function of the individual materials used.
Die Reihenfolge, in der die Bestandteile der Zusammensetzung gemischt werden, ist nicht kritisch. Zufriedenstellende Ergebnisse werden bei jedem der verschiedenen Verfahren erhalten. So kann beispielsweise der Komplexbildner zuerst mit dem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel gemischt und dann der Farbstoff zugegeben werden. Anschließend wird diese Mischung zu Wasser unter Erhalt der Tinte gegeben. Eine andere geeignete Alternative ist, dasiit Wasser nicht mischbare Lösungsmittel und den Farbstoff zu mischen, dann den Komplexbildner und zuletzt das Wasser unter Erhalt der Endzusammensetzung zuzugeben.The order in which the ingredients of the composition are mixed is not critical. Satisfactory results are obtained in any of the various methods. So can For example, the complexing agent is first mixed with the water-immiscible solvent and then the dye is added will. This mixture is then added to water to obtain the ink. Another suitable alternative is the water-immiscible solvent and the dye to mix, then add the complexing agent and finally the water while maintaining the final composition.
Ein Komplexbildner wurde hergestellt durch Umsetzung von 25 g ölsäure mit 37-1/2 g Triäthanolamin und Zugabe von 37-1/2 g Natriumalkylarylsulfonat. (Die Verwendung eines stöchiometrischen Überschusses von Amin gegenüber Fettsäure erleichtert die Formulierung) .1Og dieses Komplexbildners werden mit 2 g eines aliphatischen Kohlenwasserstoffs (mit einem Siedepunkt innerhalb des Bereichs von 199 0C (390 0F) bis 254 0C (490 0C)) und 3 g Sudan Deep Black BB Farbstoff (CI. Solvent Black 9, CI. 26 150) gemischt.A complexing agent was prepared by reacting 25 g of oleic acid with 37-1 / 2 g of triethanolamine and adding 37-1 / 2 g of sodium alkylarylsulfonate. (The use of a stoichiometric excess of amine relative to fatty acid formulation facilitates) .1Og this complexing agent are mixed with 2 g of an aliphatic hydrocarbon (having a boiling point within the range of 199 0 C (390 0 F) to 254 0 C (490 0 C) ) and 3 g Sudan Deep Black BB dye (CI. Solvent Black 9, CI. 26 150) mixed.
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Diese Mischung wird zu 85 g Wasser zugegeben, es resultiert eine stabile Lösung. Diese stabile Lösung wird als Tinte in einem Tintenstrahldrucker getestet. Es werden ausgezeichnete Ergebnisse !erhalten.·Es wurde keine Verstopfung oder Verkrustung der Düse [des Druckwerks beobachtet. Die Tinte war schnelltrocknend und auch gegen Naßabrieb beständig.This mixture is added to 85 g of water, a stable solution results. This stable solution is called ink in an ink jet printer tested. Excellent results are obtained! · There was no clogging or encrustation of the nozzle [observed the printing unit. The ink was quick drying and also resistant to wet abrasion.
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